Группа ученых под руководством факультета прикладной физики Университета Осаки, факультета физики и электроники Университета префектуры Осака и факультета химии материалов Университета Нагоя использовала микроскопию фотоиндуцированных сил для картирования сил действует на квантовые точки в трех измерениях. Устраняя источники шума, группа впервые в истории смогла достичь субнанометрической точности, что может привести к новым достижениям в области фотокатализаторов и оптических пинцетов.

Силовые поля – это не невидимые препятствия в научной фантастике, а набор векторов, указывающих величину и направление сил, действующих в определенной области пространства. Нанотехнологии, которые включают создание и управление крошечными устройствами, такими как квантовые точки, иногда используют лазеры для оптического захвата и перемещения этих объектов. Однако способность анализировать такие небольшие системы и управлять ими требует лучшего способа визуализации трехмерных сил, действующих на них.

Теперь группа исследователей из Университета Осаки, Университета префектуры Осака и Университета Нагоя впервые показала, как фотоиндуцированную силовую микроскопию можно использовать для получения трехмерных диаграмм силового поля с субнанометрическим разрешением. «Нам удалось получить изображение оптического ближнего поля наночастиц с помощью фотоиндуцированного силового микроскопа. Он измеряет оптическую силу между образцом и зондом, вызванную световым излучением», – говорит первый автор Дзюнсуке Яманиши.

Лазерный свет направлялся на квантовую точку, расположенную под наконечником атомно-силовой микроскопии. Перемещение точки относительно наконечника позволило микроскопу отобразить трехмерное фотоиндуцированное силовое поле. Команда смогла достичь такого высокого уровня точности с помощью нескольких экспериментальных улучшений. Они использовали условия сверхвысокого вакуума для увеличения чувствительности к силе и использовали гетеродинную частотную модуляцию, которая включает смешивание двух других частот, чтобы значительно уменьшить влияние теплового нагрева. «Мы уменьшили фототермический эффект с помощью этой уникальной технологии и впервые в истории достигли разрешения менее одного нанометра», – говорит старший автор Ясухиро Сугавара.

Это исследование может представлять собой принципиально новую технологию для разработки и оценки функциональных наноматериалов. Это также может помочь дополнить набор методов, доступных ученым, работающим с фотокатализаторами и оптическими функциональными устройствами, для их перемещения с помощью лазеров.

Статья «Картирование оптических сил в масштабе одного нанометра» была опубликована в Nature Communications по адресу DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-24136-2

Источник: https://resou.osaka-u.ac.jp/en[19459007visible